新工科背景下“機械制造技術基礎”教學綜合改革探討與實踐*

張元晶，楊 勇，沈惠萍，馬振武

（蘇州科技大學機械工程學院，江蘇 蘇州 215009）

隨著第四次工業(yè)革命的到來，高等工程教育亟需進行改革以適應現(xiàn)代工程發(fā)展的趨勢。教育部提出的新工科改革恰逢其時，是一步至關重要的先手棋[1-2]?！皺C械制造技術基礎”課程是機械工程、機械電子等專業(yè)的必修基礎課，是機械設計制造及其自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課，是一門實踐性較強的課程，具有重要的工程應用意義。通過學習該課程，學生能了解機械加工系統(tǒng)的基本知識和切削原理的基本理論，能正確地選擇加工方法與機床、刀具、夾具及加工參數(shù)，具備制定工藝規(guī)程的能力，掌握機械加工精度和表面質(zhì)量的基本知識，初步具備分析解決現(xiàn)場工藝問題的能力。開展該課程的教學工作，可以培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力，使學生具備機械加工工藝設計、工藝裝備的選用和夾具設計的能力；培養(yǎng)學生在綜合分析機械制造過程中提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本等方面的能力，使學生對制造技術的新發(fā)展和制造系統(tǒng)的基本概念有一定的了解。

1 教學現(xiàn)狀

1.1 工程實踐能力不足

機械制造技術與工程實踐聯(lián)系緊密，但課程講解仍采用傳統(tǒng)課堂理論授課形式，學生在學習過程中缺乏對工程裝備與制造技術直觀形象的認識，導致學生難以理論聯(lián)系實際，不能真正做到知行合一，最終導致工程實踐能力的培養(yǎng)不足[3-4]。例如，在切削刀具的角度標注中，如果無法在刀具三維模型視圖中講解，很多學生很難理解抽象的前刀面、法平面等概念；刀具切削運動與進給運動復合形成切削軌跡的過程也必須采用動畫的方法演示，否則部分學生會由于缺乏空間想象能力而影響自身學習效果。隨著綠色化、智能化在制造技術領域的滲透，例如特種制造、增材制造、微納制造等先進制造技術已經(jīng)越來越普遍，但目前“機械制造技術基礎”課程教材內(nèi)容陳舊，原有的課程內(nèi)容跟工程實踐已經(jīng)有了一定的脫節(jié)。此外，目前的實踐教學在場地上和設備上都落后于工程實際，通過工程實踐培養(yǎng)學生解決問題的能力的目標難以實現(xiàn)。

1.2 解決復雜工程問題的能力不足

在中國制造2025 國家戰(zhàn)略與制造業(yè)工業(yè)4.0 升級的背景下，智能裝備呈現(xiàn)出日趨復雜的態(tài)勢，“機械制造技術基礎”課程是機械工程專業(yè)的基礎課程，對培養(yǎng)工科學生解決復雜工程問題的能力十分必要[5-6]。目前，該課程的教學存在重理論輕實踐的傾向，導致學生在實踐能力、創(chuàng)新能力和系統(tǒng)化解決復雜工程問題的能力等方面十分薄弱。在新工科建設的大背景下，必須對這門課程的內(nèi)容體系、教學模式與教學方法進行深入系統(tǒng)的探索與改革，才能滿足新工科背景下對工科人才的現(xiàn)代設計能力與素質(zhì)的需求。目前，教師在授課中，沒有結(jié)合具體的工程實踐項目講解知識，也沒有把系統(tǒng)的復雜工程問題貫穿到各教學環(huán)節(jié)，教學與企業(yè)真實環(huán)境、自動化工程設備脫軌嚴重，導致學生的工程應用能力不強，造成學生解決復雜工程問題的能力不足。

1.3 缺乏思政引領

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)，要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人?！度A盛頓協(xié)議》工程教育認證明確指出，高等工程教育基本定位是培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。因此，現(xiàn)階段高等工程教育肩負著培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才的責任與使命[7-8]。在課程思政教學中，以教學內(nèi)容重構、新教學方法為抓手，培養(yǎng)學生的核心價值觀與文化自信，實現(xiàn)立德樹人的育人目標。

目前，由于課程內(nèi)容缺失人文精神、工程倫理、核心價值觀等思政要素的引領，專業(yè)課程教學只教書，不育人，學生普遍缺乏職業(yè)道德修養(yǎng)，沒有形成核心價值觀與文化自信，導致學生對專業(yè)課學習缺乏主動性與自覺性，在學習過程中存在缺乏內(nèi)心認同感、缺乏理想與目標驅(qū)動等問題，“機械制造技術基礎”課程思政教學難以滿足現(xiàn)階段教學要求[9]。因此，把思想政治教育融入教育教學的全過程，深刻挖掘本門課程的思政育人功能，通過巧妙和科學的內(nèi)容設計，引導學生堅定正確的政治方向、樹立遠大的理想抱負、確立科學的價值觀念、增強自身的綜合素養(yǎng)是十分重要的。

1.4 考核方法單一

目前，“機械制造技術基礎”課程考核方式基本是理論考試，學生的實踐能力無法得到合理的考核。這一課程考核方式忽視了學生綜合應用能力的評價反饋，不利于提高學生解決復雜工程問題的實踐能力，不符合OBE教學的思想與目標[10]。

2 “機械制造技術基礎”課程改革的思路與方法

2.1 線上線下混合翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式

引入線上線下混合翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式，結(jié)合傳統(tǒng)教學模式和網(wǎng)絡化教學模式的優(yōu)勢，將翻轉(zhuǎn)課堂教學模式應用到課程教學中，教師是學習的引導者和促進者，學生成為學習的主角，線上線下混合翻轉(zhuǎn)課堂教學流程如圖1 所示。該教學模式包含教學過程與教學資源兩個方面，需要建立按一定的教學目標和教學策略組織起來的教學內(nèi)容和網(wǎng)絡教學支撐環(huán)境，需要對微課、課程題庫、考試題庫等進行建設。通過充分利用國家精品課程、慕課、重點教材等教學資源，構建互動式網(wǎng)絡教學平臺，可以為完成翻轉(zhuǎn)課堂教學打下扎實基礎。

圖1 線上線下混合翻轉(zhuǎn)課堂教學流程

慕課對“機械制造技術基礎”課程而言，會造成學生無法與教師交流、學習過程得不到監(jiān)督的問題，而傳統(tǒng)課堂又無法充分利用教學資源，導致教學質(zhì)量難以提高。而本課程充分利用線上國家精品課程資源，在教學中采用“機械制造技術基礎”國家精品課程，對于學生在學習中遇到的疑問，在討論環(huán)節(jié)授課教師會予以解答，因此采用線上線下混合教學能得到很好的教學效果。

2.2 融入課程思政要素

在授課過程中，把思想政治教育融入教育教學的全過程，深刻挖掘本門課程的思政育人功能，通過巧妙和科學的內(nèi)容設計，引導學生堅定正確的政治方向、樹立遠大的理想抱負、確立科學的價值觀念、增強自身的綜合素養(yǎng)，進行職業(yè)道德建設以及愛國奉獻精神培養(yǎng)。在本課程的主要內(nèi)容中，以課程知識模塊為切入點進行系統(tǒng)的課程思政設計，充分挖掘思政要素，實現(xiàn)了教學內(nèi)容思政要素全覆蓋。例如，通過優(yōu)化設計方法，深入挖掘教學內(nèi)容，引出了如下的思政要素內(nèi)容，如表1所示。

表1 課程主要內(nèi)容中的思政要素

2.3 OBE導向教學考核改革

“機械制造技術基礎”課程具有實踐性強的特點，在新工科建設背景下，必須十分重視實踐能力等方面的培養(yǎng)，也就是說，機械制造的理論知識與實踐內(nèi)容都要同等重視。因此，本課程的考核方面包括作業(yè)討論、實驗實踐、期末書面考試，課程總評成績構成如表2 所示。同時，對課程目標與教學內(nèi)容和方法的對應關系進行了重新梳理，如表3所示。

表2 課程總評成績構成

2.4 引入復雜工程案例

引入復雜工程案例的教學模式如圖2 所示。本課程引入實際復雜制造系統(tǒng)案例，將理論、方法與工具緊密融合，從工程中提煉問題，完成教學與工程實際的有效對接，增強學生工程實踐能力；通過創(chuàng)新設計與工程實習，增強學生工程創(chuàng)新能力；通過校外企業(yè)合作，以實際復雜制造系統(tǒng)案例為主線，形成校內(nèi)與校外結(jié)合的“準現(xiàn)場”的教學模式，鍛煉學生解決實際復雜工程問題的綜合能力；帶領學生參加各類機械相關賽事，檢驗引入復雜工程案例教學模式的成果。通過上述措施，可以增強學生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生工程實踐能力和解決復雜工程問題的能力；使學生具備扎實的專業(yè)知識、工程素養(yǎng)、國際視野和終身學習能力，滿足新工科建設要求，滿足工程教育專業(yè)認證對人才培養(yǎng)的要求。

表3 課程目標與教學內(nèi)容和方法的對應關系

圖2 引入復雜工程案例的教學模式